Отчеты по Курсовой Работе / Изучение файловых систем Linux 8-78-2 Ахметшина Л.И

Л. И. Ахметшина, студент

Е. А. Вахрушева, кандидат технических наук, доцент

Кафедра «Вычислительная техника»

Ижевский государственный технический университет

Разработка методического указания

«Изучение файловых систем Linux»

Файловая система – структура, которая позволяет хранить, идентифицировать, находить и манипулировать данными.

Многие годы файловой системой Linux была Ext2FS (Second Extended File System – расширенная файловая система номер два). Ext2 была направлена на обеспечение наилучшей производительности и ошибкоустойчивости. Несомненный плюс этой файловой системы в том, что быстродействие обеспечивается за счет эффективного механизма кэширования дисковых операций. Но, вместе с тем, это дает слабую устойчивость системы при аварийном завершении работы. Ext2FS имеет достаточно хорошую надежность хранения данных. Это обеспечивается наличием нескольких копий суперблока, что является отличительной особенностью данной системы.

Наследником файловой системы Ext2FS является Ext3 (Third Extended File System – расширенная файловая система номер три). Она совместима со своей прародительницей, не исключая уровня утилит обслуживания, но отличается тем, что обладает журналированием. Журналирование призвано обеспечить целостность файловой системы. В Ext3 предусмотрено три режима журналирования – полное журналирование (full data journaling), журналирование с обратной записью (writeback), последовательное журналирование (ordered).

В этой системе полное журналирование операций возможно не только с метаданными, но и с данными файлов. Все изменения пишутся в файл журнала, а после фиксируются на диске. При аварийном отказе журнал повторно перечитывается. Механизм является медленным, но почти гарантирует защиту от потери данных.

Журналирование с обратной записью обеспечивает наибольшее быстродействие, но не дает гарантии сохранности файлов, так как в журнал записываются только изменения метаданных файлов.

Последовательное журналирование способствует сохранности данных. Это обеспечивается тем, что блоки данных, которые связаны с метаданными файлов, логически группируются в единый модуль (транзакция) и записываются перед записью на диск новых метаданных [1].

Результатом эволюции Ext3FS является файловая система Ext4 (Fourth Extended File System - четвертая расширенная файловая система). Производительность и надежность новой файловой системы увеличена. Ext4 обладает продвинутым дизайном и обширным набором функций.

Файловая система Ext3 может быть конвертирована в Ext4FS, при этом она новые структуры будет использовать для новых данных, а старые останутся неизменными. При необходимости их можно читать и изменять. Это говорит о том, что если сменить файловую систему Ext3 на Ext4, то вернуть ее уже будет нельзя.

Ext4FS выгодно отличается от Ext3 еще и тем, что имеет большой размер файлов и файловой системы. Так, в Ext4 максимальный размер файловой системы равен 1ЕВ (экзабайт), файла – до 16ТВ, а в Ext3 максимальный размер файловой системы 16ТВ, файла – 2ТВ [2].

Также Ext4 отличается от Ext3 количеством подкаталогов. Ext4 позволяет создавать неограниченное количество подкаталогов, в то время как Ext3 не более 32000. Для улучшения выделения ресурсов и более эффективной организации данных в Ext4 используются экстенты (экстент – способ представления непрерывной последовательности блоков памяти), которые сокращают количество метаданных.

Для эффективного представления больших файлов используются деревья экстентов, а для маленьких используется уровневый подход. Экстенты способствуют непрерывному размещению данных, за счет чего уменьшается фрагментированность [3].

В Ext4 используется многоблочное распределение, которое позволяет распределить любое количество блоков с помощью одного вызова, что существенно увеличивает производительность, в то время, как в Ext3 механизм распределения блоков определяет, какие свободные блоки будут использованы. Этот механизм распределяет за один раз один блок размером 4КБ, что неэффективно.

Журнал является часто используемой частью диска, поэтому блоки чувствительны к отказам оборудования. Ext4 посчитывает контрольные суммы журнальных данных. Это позволяет определить повреждение данных. Также контрольные суммы дают возможность систему фиксаций журнала сделать однофазной, а не двухфазной, как это было в Ext3. Это позволяет улучшать надежность и производительность системы.

Еще к одной положительной черте Ext4 можно отнести дефрагментацию «на лету», которая также позволяет повысить производительность системы [2].

Таблица1. Сравнение файловых систем Ext2, Ext3 и Ext4 [4]

Параметр	Ext2	Ext3	Ext4
Максимальная длина имен файлов	255 байт	255 байт	255 байт
Допустимые символы в названиях	Любые символы, кроме NUL, /	Любые символы, кроме NUL, /	Любые символы, кроме NUL, /
Максимальная длина пути файла	Нет установленных ограничений	Нет установленных ограничений	Нет установленных ограничений
Максимальный размер файла	16GB — 2TB	16GB — 2TB	16GB — 16TB
Максимальный размер тома	2TB — 32TB	2TB — 32TB	1 EB
Запись владельца файла	да	да	да
Права файлов POSIX	да	да	да
Временные метки создания файла	нет	нет	да
Временные метки доступа/чтения	да	да	да
Временные метки изменений метаданных	да	да	да
Временные метки последнего архивирования	нет	нет	нет
АСL	да	да	да
Метки безопасности/MAC	да	да	да
Альтернативные потоки данных/вызовы	да	да	да
Контрольные суммы	нет	нет	да
Жесткие ссылки	да	да	да
Символьные ссылки	да	да	да
Журналирование блоков	нет	да	да
Журналирование только метаданных	нет	да	да
Прозрачная компрессия	нет	нет	нет
Перераспределение блоков	нет	нет	да
Экстент	нет	нет	да
Переменный размер блоков	нет	нет	нет

Система Ext4 является логическим продолжением семейства файловых систем Ext и на сегодняшний день является наиболее распространенной. Она используется по умолчанию практически во всех популярных дистрибутивах GNU/Linux, что предоставляет пользователям широкий набор возможностей. В ней используются более эффективные методы представления данных, следовательно, существенно повышается производительность и увеличивается скорость чтения и записи файлов. Благодаря этому данная файловая система подойдет для использования как на серверах, так и на обычных компьютерах и даже смартфонах.

Разработанное методическое указание для проведения практического занятия предполагает изучение основ работы файловой системы Еxt4 и ее особенностей. До выполнения практической работы студент допускается после изучения основ ОС LINUX и сдачи курса лабораторных работ, целью которых является изучение структуры файловой системы OC LINUX. Практическая работа содержит 20 заданий, которые включают в себя изучение команд создания, удаления, модификации файлов и каталогов, функций манипулирования данными.

Список литературы

1. Linux: создание файловых систем [Сайт]. – URL: http://citkit.ru/ articles/531/ (дата обращения: 07.04.2014)

2. Особенность Ext4 [Сайт]. – URL: http://habrahabr.ru/post/58183/ (дата обращения: 07.04.2014)

3. Файловая система ext4, ее сравнение, совместимость с ext3, а также переход с ext3 на ext4 [Сайт]. – URL: http://ipmnet.ru/~sadilina/ Fedora/1.html (дата обращения: 07.04.2014)

4. Википедия: свободная энциклопедия [Сайт]. – URL: http://ru.wiki-pedia.org/wiki/Сравнение_файловых_систем (дата обращения: 07.04.2014)